static var compensator

1. SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
A1-1
Sistem Monitoring Hasil Penerapan Static Var Compensator
Pada Motor Induksi 3 Phase
Sutedjo
1
, Indhana Sudiharto
2
1,2
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS)
Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya, Indonesia
1
Email: Sutedjo@eepis-its.edu
2
Indhana Sudiharto@eepis-its.edu
ABSTRAK Sebagian besar beban di industri menggunakan beban yang bersifat induktif, seperti
motor dan trafo. Beban yang bersifat induktif menyebabkan nilai daya reaktif yang tinggi sehingga
menghasilkan nilai faktor daya yang rendah. Nilai faktor daya yang rendah, menunjukkan bahwa
kualitas daya yang dihasilkan masih belum baik, karena kualitas daya yang baik adalah jika nilai
faktor daya mendekati unity dan nilai daya reaktif yang tinggi menyebabkan biaya pemakaian
semakin tinggi. Oleh karena itu, untuk memperbaiki kualitas daya dan mengurangi biaya
pemakaian, digunakan peralatan Static Var Compensator (SVC) yang berfungsi untuk
mengkompensasi daya reaktif agar nilai faktor daya mendekati unity. Peralatan SVC
menggunakan kapasitor bank yang dirangkai secara paralel terhadap beban, agar proses on dan
off kapasitor bank dapat bekerja secara otomatis maka digunakan rangkaian mikrokontroller dan
sistem dilengkapi dengan sensor arus, sensor frekuensi, sensor tegangan dan zero crossing
detector. Zero crossing detector digunakan untuk mendeteksi beda fasa pada beban, karena nilai
faktor daya tergantung dari beda phase antara arus dan tegangan pada beban.
Data yang diambil oleh sensor-sensor yang bekerja akan dibaca oleh mikrokontroler AVR. Data
akan dikirim oleh media RF modul untuk dikirimkan ke mikrokontroler yang sudah dilengkapi
dengan receiver (penerima) untuk membaca data yang telah terkirim.Proses selanjutnya yaitu data
pada mikrokontroler AVR satunya akan dibaca datanya oleh PC menggunakan hubungan serial .
Kata kunci :Sensor, mikrokontroller, kompensator
1. Pendahuluan
Dengan perkembangan dunia industri yang
pesat dan bertambah kompleks jenis-jenis beban,
maka dibutuhkan kontinyuitas dalam penyaluran
kualitas daya.
Penelitian ini dikerjakan untuk membangun
dan mengimplementasikan suatu perkembangan
dan kemajuan dalam bidang kontrol industri untuk
mendapatkan suatu efisiensi dan efektifitas dalam
industri. Efisiensi dan efektifitas ini sangat penting
dan berpengaruh dalam kinerja suatu perusahaan
atau industri karena akan dapat lebih
mengoptimalkan hasil yang akan diperoleh..
Efisiensi energi listrik dapat ditingkatkan
dengan memperbaiki kualitas daya. Kualitas daya
listrik dikatakan baik apabila power factor (cos θ) >
0.85. Sebagian besar beban industri bersifat
induktif. Sehingga menyebabkan power factor (cos
θ) rendah.
Suatu desain monitoring pada penerapan
static var compensator. SVC dikontrol oleh
mikrokontroller dalam mengaktifkan tiap stepnya.
Untuk mengetahui nilai power faktor digunakan LCD
serta memanfaatkan ADC yang ada pada
mikrokontroller untuk menampilkan nilai – nilai
sensor arus, sensor tegangan, sensor frekuensi
serta daya yang dipakai. Mikrokontroller yang
digunakan adalah AVR Atmega16. Sistem
monitoring berfungsi untuk memonitor data hasil
sensor dan ditampilkan pada komputer. Pada
penelitian ini sistem monitoring dilengkapi oleh
transceiver yang berfungsi untuk mengirimkan data
pada jarak jauh dan dapat memonitor melalui PC
(Personal Komputer). Sistem monitoring berfungsi
untuk memonitor hasil yang telah ditampilkan pada
LCD.
2. Dasar Teori
2.1.Daya Pada Rangkaian 3 Fase Seimbang
Total daya diserap suatu beban 3 fase
dapat diperoleh dengan menjumlahkan daya pada
ketiga fasenya.
S
Gambar 2.1 Segitiga daya untuk suatu
beban induktif
Gambar 2.1 adalah gambar segitiga daya
pada suatu beban induktif dimana terdapat
komponen P(daya aktif), S(daya nyata) dan Q (daya
reaktif). Persamaan 2.1 merupakan persamaan
yang digunakan untuk mencari nilai daya nyata
yaitu dengan penjumlahan daya aktif dan daya
reaktif dalam bentuk bilangan kompleks.
jQPS += ..............................................
(2.1)

2. SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009 A1-2
Vrn
Vrs -Vtn
60’30’
Gambar 2.2 Hubungan antara suatu tegangan
saluran dengan tegangan-tegangan ke netral
Besar nilai Vrs jika dilihat pada Gambar 2.2
yang merupakan hubungan tegangan saluran
terhadap tegangan netral maka;
VrnVrnVrs 330cos2 0
== ................(2.2)
Pada suatu fasor, Vrs mendahului
0
30 terhadap Vrn maka dapat ditunjukkan pada
Gambar 2.3.
0
303 ∠= VrnVrs ....................................(2.3)
Vrs
Vst
Vtr
Vrn
Vsn
Vtn
Gambar 2.3 Diagram fasor dari tegangan-
tegangan pada rangkaian tiga fasa yang
seimbang
Jika besarnya tegangan ke netral Vp untuk suatu
beban yang terhubung -Y adalah pada
persamaan(2.3)
VcnVbnVanVp === …….........……(2.4)
Dan jika besarnya arus fasa Ip untuk suatu beban
yang terhubung Y adalah pada persamaan (2.5)
IcnIbnIanIp === …......….....…….(2.5)
maka daya 3 fasa total didapatkan,
ϕcos3 PP IVP = ……....…………...…...(2.6)
dimana ϕ adalah suatu sudut dimana arus tertinggal
terhadap tegangan fasa ,jadi sama dengan sudut
dari impedansi dimasing-masing fasa.Jika LV dan
LI berturut-turut adalah besarnya tegangan antar
saluran dan arus saluran,maka,
3
L
P
V
V = dan
LP II = …….....……............…...…........(2.7)
dengan mensubstitusikan ke persamaan diperoleh;
ϕcos3 LL IVP = ………….....…...……(2.8)
maka total VAR adalah
ϕsin3 Pp IVQ = …….......……...……....(2.9)
ϕsin3 LL IVQ = ……......…....………(2.10)
dan VA dari beban adalah
LL IVQPS 322
=+= …...….....….(2.11)
Persamaan 2.11 adalah persamaan biasa dipakai
untuk menghitung ,,QP dan S pada jaringan 3
fasa yang seimbang,karena kuantitas yang biasanya
diketahui adalah tegangan antar saluran ,arus kawat
dan faktor daya atau cos ϕ .
2.1.1 Daya Aktif
Nilai besaran daya masukan diubah menjadi
daya keluaran dan P dalam Watt(W) dan
dirumuskan sebagai berikut.
ϕcos3 LL IVP = ………………...(2.12)
Pada keseluruhan daya masukan daya
semu dikonversikan menjadi daya keluaran sebagai
daya aktif pada daya keluaran pada motor yang
sebenarnya.Kualitas dari konversi daya
diindikasikan sebagai ϕcos yaitu factor daya.
2.1.2Daya Reaktif
Mesin Listrik bekerja berdasarkan konversi
dari energi elektromagnet (motor listrik
,tranformator).Bagian dari energi masukan diserap
dan menghasilkan medan megnet.Beban induktif
menggeser sudut fasa antara tegangan dan arus
Daya dihasilkan dari gelombang tegangan dan arus
yang mempunyai polaritas yang berkebalikan.ini
disebut daya reaktif.Bagian dari energi ini disebut
sebagai daya reaktif Q dalam VAR(volt ampere
reaktif). Var tidak dapat dirubah menjadi daya aktif
dan kembali ke sumber jaringan selama terjadi
perubahan medan megnetik.Tetapi energi yang
sama akan digunakan pada jaringan apabila
dibutuhkan pada perubahan medan megnetik yang
selanjutnya.
ϕsin3 LL IVQ = ….......……………(2.13)
2.1.3.Daya Semu
Daya listrik yang diserap pada peralatan
dari sebuah sumber listrik disebut daya
semu,dinotasikan sebagai S VA(volt ampere),dan
mengandung daya aktif dan daya reaktif.

3. SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009 A1-3
LL IVS 3= ……….........……..………(2.14)
2.1.4.Faktor Daya
Secara ilmu kelistrikan faktor daya
diindikasikan sebagai pf, pada sebuah rangkaian
listrik yang didefinisikan sebagai cosinus dari sedut
fase antara gelombang fundamental tegangan dan
arus.Definisi lain dari faktor daya adalah
perbandingan antara daya aktif dan daya semu.
S
P
dayasemu
dayaaktif
rpowerfakto == .............(2.15)
2.2. Kompensasi daya reaktif
Pembalikan energi magnetik yang sebagai
suplai pada rangkaian yaitu daya reaktif tanpa
kompensasi dapat disimpan sementara di kapasitor
dan dapat digunakan pada saat perubahan
magnetik.Untuk menghitung kapasitor yang
dibutuhkan untuk daya reaktif yaitu CQ pada VAR
dirumuskan.
[ ]var)2tan1(tan* ϕϕ −= PQC …......(2.16)
Kapasitor CQ akan mengkompensasi
induksi Q dan mengkompensasi ϕcos menjadi 1.
Hubungan dan Rating Kapasitor
[ ]
( )
)20.2..(..........**2*)(**)(
)19.2...(..............................
**2
1
*
1
)18.2(........................................
)17.2.........(........................................var
22
2
*
CfVcCVcQ
CfC
X
X
V
X
VV
Q
IVQ
C
C
C
C
C
CC
C
CCC
πϖ
πω
==
==
==
=
2.3. Hubungan Delta
( )
( ) ( )
)19.2......(..........
*2**3**3
)18.2......(........................................***3
22
2
fV
Qtot
V
Qtot
Cdelta
CVQtot
LL
L
πω
ω
==
=
3. Perancangan Dan Pembuatan
Pada Sistem Monitoring Hasil Penerapan Static Var
Compensator
Pada Motor Induksi 3 Phase, membahas
permasalahan sensor, sistem komunikasi dan
sistem perangkat lunak. Berikut ini merupaka
bentuk diagram blok secara keseluruhan
Gambar 3.1 Blok Diagram perangkat Keras
3.1 Pengambilan Data Motor
Pengambilan data motor yaitu saat ketiga
motor dijalankan bersamaan dan data-data
parameternya diukur menggunakan fluke.
Tabel 3.1 Pengukuran Parameter Motor
Menggunakan Fluke
Parameter Nilai
Tegangan 379,2 V
Arus 5,99 A
Frekuensi 50,4 Hz
P 0,83 KW
S 3,98 KVA
Q 3,88 KVAR
Cos pi 0,21
3.2 Data Perhitungan
Pada penelitian membandingkan data hasil
pengkuran yang dilakuakan oleh fluke,
menggunakan aplikasi visual Basic dan data
perhitungan menggunakan perhitungan
manual.Sehingga data yang diperoleh bisa
dibandingkan.
Perhitungan daya reaktif didapat;
ϕcos3 NLNL IVP −−=
21,0*99,5*220*3=P
WP 214,830=
Pada hubungan bintang tegangan Line to line
didapatkan yaitu;

4. SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009 A1-4
3
LL
NL
V
V −
− =
3
380
=−NLV
VV NL 5,223=−
Perhitungan Daya reaktif yaitu;
ϕsin3 LLLL IVQ −−=
97,0*99,5*380*3=Q
var45,3753=Q
Perhitungan daya semu yaitu;
LLLL IVS −−= 3
99,5*380*3=S
VAS 54,3869=
Perhitungan factor daya yaitu;
S
P
dayasemu
dayaaktif
rpowerfakto ==ϕcos
54,3869
21,830
cos =ϕrpowerfakto
21,0cos =ϕrpowerfakto
Target untuk memperbaiki factor daya hingga 0,99
14,02
33,41
99,02
21,01
=
=
=
=
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
Tan
Tan
Cos
Cos
Untuk medapatkan daya reaktif pada kapasitor
untuk memperbaiki faktor daya adalah dengan
perumusan sebagai berikut.
[ ]var)2tan1(tan* ϕϕ −= PQC
[ ]var)14,033,4(*21,830 −=CQ
var5,3478=CQ
4. Pengujian
4.1 Pengujian Sensor Tegangan
Pengujian tegangan digunakan voltage divider
sebagai sensor tegangan.
Gambar 4.1 Sensor Tegangan
Vout= xVin
RR
R
21
2
+
............................(4.1)
dimana,
Vout=Tegangan output dari resistor (V)
Vin=Tegangan sumber (V)
R1 dan R2=Resistor ( )
Tabel 4.1 Data Sampling
Pengukuran Sensor Tegangan
Tegangan
Pada
phasa
Tegangan
Output
(Vdc)
R-N 0.35-0,94
S-N 0,35-0,95
T-N 0,33-094
4.2 Pengujian Sensor Frekuensi
Sensor frekuensi menggunakan typical
application dari IC LM2917. Sensor mendeteksi
frekuensi pada motor. Frekuensi yang masuk ke
sensor dikonversikan ke dalam bentuk tegangan dc,
yang kemudian masuk ke ADC.
Sesuai dengan datasheet, sensor frekuensi
menghasilkan output tegangan sebesar 1 Vdc
apabila diberi input frekuensi sebesar 66 Hz
(Vout=66Hz/V). Apabila frekuensi pada generator
sebesar 50 Hz, maka output tegangan pada sensor
frekuensi dapat dihitung dengan menggunakan
perbandingan :
50
66
=
x
1
....................................... ..(4.2)
dimana,
x = output tegangan pada saat frekuensi 50 Hz
Gambar 4.2 Rangkaian sensor frekuensi
Tabel 4.2 Data Sampling Pengukuran Sensor
Frekuensi
Frekuensi Input
(Hz)
Tegangan
Output
(Vdc)
48 0.750
49 0.766
50 0,785
51 0.803

5. SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009 A1-5
4.3 Pengujian Sensor Arus
Sensor hall effect digunakan untuk mensensor kuat
medan magnet dengan sensitifitas 13mV/G. Jadi
setiap terjadi perubahan 1 Gauss maka Output dari
sensor hall effect mengalami kenaikan sebesar
13mV. Sensor hall effect memiliki default keluaran
sebesar -+ 2,5V pada saat 0 Gauss.
Gambar 4.3 Letak sensor
Gambar4.4 Rangkaian simulasi penyearah
Tabel 4.3 Data Sampling Pengukuran Sensor
Arus1
Arus Pada
Phasa
Vout sensor
(Vdc)
R 2,551-2,723
S 2,521-2,718
T 2,560-2,724
4.4 Pengujian Zero Crossing
Untuk mengubah tegangan yang masuk dari
sensor tegangan dan sensor arus berupa
gelombang sinus menjadi gelombang kotak maka
diperlukan rangkaian zero crossing detector dengan
mengggunakan IC LM358.
Gambar 4.5 Rangkaian zero crossing detector
Tabel 4.4 Prosentase Error antara cos φ meter
dengan output rangkaian x-or
Gambar 4.6 Integrasi keypad, LCD pada
mikrokontroller
4.5. Data Sistim Monitoring
Tabel 4.5 Hasil simulasi menggunakan PSIM
Step Pf P (W) S (VA) Q
(VAR)
0 0,22 872,18 3858 3760,3
1 0,40 879,5 2134,22 1945,6
2 0,99 887,26 896,66 131,11
Tabel 4.6 Data hasil perhitungan secara teori
Step Pf W VA VAR
0 0,21 830,21 3869,54 3753,45
1 0,99 830 8368,35 10,15
Tabel 4.7 Hasil perbaikan faktor daya
yang ditampilkan pada visual basic
Step Pf W VA VAR
0 0,22 867,11 3941,40 3823,16
1 0,40 878,61 2196,54 1998,85
2 0,99 876,09 884,84 88,49

6. SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009 A1-6
4.5. Tampilan Hasil Perbaikan Factor Daya
Menggunakan Visual Basic (VB)
Gambar 4.7 Tampilan pada VB factor daya
pada saat tanpa kompensasi kapasitor
Gambar 4.17 Tampilan pada VB hasil perbaikan
factor daya saat menggunakan kompensasi
kapasitor step 1
Gambar 4.17 Tampilan pada VB hasil perbaikan
factor daya saat menggunakan kompensasi
kapasitor step 2
5. Kesimpulan
Setelah melakukan perencanaan dan pembuatan
sistem kemudian dilakukan pengujian dan analisa,
maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai
berikut :
1.Tegangan masukan pada sensor frekuensi
tidak boleh melebihi dari 1.5 Vac.Sensor
frekuensi memiliki prosentase error
antara 0.15% – 4.2%.
2. Sensor arus mengalami kenaikan sekitar
10 mV setiap terjadi perubahan arus
sebesar 0,1 Ampere. Sensor arus
memiliki prosentase error antara 0.2% -
2.2 %.
3. Sensor tegangan mengalami kenaikan
sekitar 0.06 V setiap terjadi perubahan
tegangan sebesar 10 V. Sensor tegangan
memiliki prosentase error 8% - 26 %.
4. Zero crossing detector mempunyai rata-
rata error pembacaan beda fasa sebesar
12.02%.
5. Sistem dapat memperbaiki faktor daya
beban. Dari factor daya awal 0.22, dapat
diperbaiki menjadi 0.99.
DAFTAR PUSTAKA
1. Power Factor Regulator (PFR) menggunakan
PLC, EEPIS Jurnal 2001, volume 6, Yahya
Chusna Asrif, Indhana Sudiharto
2. Seimen journal, Malaga seminar, Spanyol,
2003
3. Scheneider journal, King Mongkut University
seminar, Bangkok, 2004
4. Jinn-Chang Wu, Hurng-Liahng Jou, Kuen-Der
Wu, and Nan-Tsun Shen,” Hybrid Switch to
Suppress the Inrush Current of AC Power
Capacitor”, IEEE Transactions On Power
Delivery, Vol. 20, No. 1, January 2005
5. J. H. Tovar-Hernández, C. R. Fuerte-Esquivel,
dan V. M. Chavéz-Ornelas, ‘’ Modeling of
Static VAR’s Compensators in Fast
Decoupled Load Flow “IEEE Transactions On
Power Systems, Vol. 20, No. 1, February
2005.
6. Theodora R.Bosela, “Introduction Electrical
Power Sytem Tecnology, Printice Hall, unitet
State of America, 1997
7. Indhana Sudiarto, Mochamad Ashari “Desain
Soft Switch Static Var Compensator untuk
mengurangi Inrush Current pada Kapasitor
Bank”, Seminar Nasional Pasca Sarjana VI,
2006, Volume 1 hal 6-19
8. Yahya Chusna Arif, buku diktat kualitas daya
PENS,